Мантия
2 Авг 2013
Мантия – это следующая оболочка Земли. Она расположена сразу под земной корой. Мантия составляет 70% земной массы. Ее толщина оценивается примерно в 2900 км. Мантия – неоднородна.
Она подразделяется на два слоя: на верхнюю мантию и нижнюю мантию. На рисунке 1.8 показано, как распределяется верхняя и нижняя мантия. Эти слои неодинаковы.
Они состоят из горных пород, различающихся по своей плотности и химическому составу.
В состав мантии входят 11 основных элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, титан, водород и фосфор. Комбинируясь в различных сочетаниях, эти 11 элементов образуют минералы. Верхняя мантия состоит из силикатов железа и магния. Нижняя часть может включать смесь окислов магния, кремния и железа.
За исключением зоны, известной как астеносфера, мантия твердая, и ее плотность, возрастающая с глубиной, варьирует от 3,3 до 6 г/см3.
Мантия включает верхний и нижний слои, сложенные разными типами горных пород. Внешняя часть верхней мантии, расположенная выше астеносферы, вместе с земной корой составляет литосферу
Астеносфера (asthenes по-гречески значит «слабый») – это относительно тонкий пластичный слой в верхней мантии, расположенный на глубине примерно 100 км под океанами и 250 км – под континентами.
Этот слой является подошвой литосферы, включающей в себя земную кору и самую верхнюю часть мантии (литосферная мантия). Температура астеносферы составляет 1400 -1700°С, а плотность – от 3,4 до 4,3 г/см3.
Температура в астеносфере близка к точке плавления горных пород, и именно здесь зарождается большинство мантийных магм.
Вследствие высокой температуры и давления вещество мантии приобретает пластичность и может перемещаться в виде неких направленных потоков. Это перемещение совершается очень медленно, скорее напоминая ползучесть (крип), чем реальное движение.
Разогретое вещество астеносферы становится менее плотным и поднимается наверх, в то время как более холодные материалы опускаются вниз. Это очень напоминает процессы, происходившие в то время, когда планета только начала формироваться. Плотные вещества опускались вниз, формируя ядро, тогда как более легкие в конечном счете перемещались наверх.
Блоки континентальной и океанической земной коры погружены в мантию и перемещаются в зависимости от направления движения потоков в мантии. Мы обсудим внутреннее строение Земли, вулканы и землетрясения более подробно, что позволит понять, каким образом происходит движение земной коры и накопленная в глубинах мантии магма выходит на поверхность.
Нижняя мантия расположена между верхней мантией и расплавленным ядром Земли на глубинах 670-2900 км. Хотя средняя температура этого слоя достигает 3000°С, слагающие его породы сохраняют твердость благодаря высокому давлению. Внутренняя мантия, вероятно, состоит главным образом из сульфидов и оксидов кремния и магния. Ее плотность – от 4,3 до 5,4 г/см3.
Если Вам понравилась наша энциклопедия или пригодилась информация на этой странице поделитесь ею с друзьями и знакомыми – нажмите одну из кнопок соц сетей внизу страницы или вверху, ведь среди кучи ненужного мусора интернете достаточно сложно найти действительно интересные материалы.
Внутреннее строение слоев Земли — кора, мантия, ядро
Внутренне строение Земли – одна из самых интересных и малоизученных тем современных ученых. На сегодняшний день, у нас есть в десятки раз больше информации о космосе, чем о том, что происходит в самом сердце нашей планеты.
Проникновение человека вовнутрь земной коры настолько мизерно, насколько жало комара может пробыть кожу человека. Все дело в том, что верхний слой всего Земного шара – это довольно плотная по своему составу земная кора.
И чтобы пробурить в ней скважину, имея самое современное оборудование, нужно потратить несколько месяцев, а глубина ее будет составлять всего несколько километров.
А что такое несколько километров в сравнении с несколькими тысячами? Основную роль в изучении внутренних слоев Земли отдают сейсмологии. В идеале – это наука, которая изучает землетрясения.
Но именно благодаря сейсмическим методам (природные землетрясения либо же искусственные взрывы) удалось выяснить, что вся внутренняя часть планеты условно делится на три части – земная кора, вязкая мантия и ядро.
Земная кора
Земная кора представляет собой твердую оболочку Земли и является верхней частью литосферы. Большая ее часть находиться под Мировым океаном и отсюда происходит деление коры на океаническую ( занимает 21%) и континентальную (79%).
Если взять общую массу планеты за 100%, то на кору приходится всего лишь 0,47 %. Для земной коры характерны постоянные горизонтальные и вертикальные движения, что приводит к образованию различных форм рельефа.
Деление коры на материковую и океаническую обосновано ее отличаем в строении.
Материковая часть гораздо толще океанической, а ее граница не совпадает с береговой линией Мирового океана.
С географической точки зрения считается, что прибрежные зоны, мелкие моря, заливы с глубиной до 200 метров являются продолжением континентальной части.
Ведь, как показывают исследования, нахождения небольших водных объектов на той или иной территории – явление не постоянное. Океаническая часть коры начинается там, где глубина воды достигает 4 километров.
Материковую кору формируют три слоя:
- Осадочный – его толщина в некоторых местах достигает до 15 км. А свое название слой получил из-за того, что он состоит из осадков различного типа, которые в течении миллионов лет накапливались слой за слоем. Изучение этого слоя дает возможность ученым наблюдать за различными геологическими процессами, проследить этапы поднятия и опускания коры.
- Гранитный слой получил свое название в результате одинаковой скорости сейсмических волн в нем и в самом граните. Состоит он из пород кристаллического происхождения, которые образовались в результате поднятия магмы с глубин Земли.
- Базальтовый слой получил свое название так же благодаря скорости сейсмических волн в нем. Нижняя граница этого слоя может достигать 70 км в глубину и соответственно точный состав его никто не знает. По одним предположениям он состоит из базальтов, по другим – из метаморфических пород с высокой степенью метаморфизма.
Океаническая часть земной коры отличается по составу от материковой, хотя в своем строении она также имеет три слоя. Осадочный слой в океанической части в ширину достигает всего 1 км.
Гранитный слой отсутствует, а на его месте находится малоизученная часть, которую чаще всего именуют как второй либо промежуточный слой. Ну и третий – это базальтовый слой, который по своему строению похож на материковый.
Следует заметить, что толщина земной коры океанического типа всего 3-7 км, что гораздо меньше, чем материкового.
Мантия
Часть Земли, которая расположилась под земной корой, называется мантия. Это самая объемная часть, на ее массу приходиться 67%. Верхняя граница мантии находиться на глубине 30 км, а нижняя – 2900 км от поверхности. Промежуток между корой и мантией называют зоной Мохоровичича.
В свой очередь сама мантия делится на несколько сфер: верхнюю (глубина до 900 км) и нижнюю мантии. Процессы, которые происходят в мантии, существенно влияют на поверхность Земли и на саму кору.
Именно благодаря вязкому составу мантии, происходит движение литосферных плит, извержение вулканов, землетрясения и формирование различных рудных месторождений.
По одному из мнений ученых считается, что мантия состоит из элементов, которые во время образования планеты находились в твердом состоянии. Железо и магний объединились с диоксидом кремния и сформировали силикаты.
Силикаты магния находятся в верхней части мантии, а с глубиной увеличивается количество силикатов железа. В нижней части мантии они разлагаются на оксиды. С увеличением глубины происходит значительное увеличение температуры и давления.
Изучение мантии длительное время вызывает огромный интерес среди ученых всей планеты. Исследование пород, которые, по мнению ученых, входят в состав верхней и нижней мантии, привело их к выводу, что в нижней ее части находится значительно количество кремния.
А для верхнего слоя характерны запасы воды, которые просачиваются туда через земную кору, а также способны подниматься обратно.
Ядро земного шара
В самом центре нашей планеты расположилось ядро, которое занимает 31,5% от всей массы Земли. Так же как и остальные внутренние составляющие планеты, ядро состоит из нескольких частей – внешнее и внутреннее ядро.
По проведенным исследованиям было выяснено, что в составе ядра преобладает железно-никелевый сплав. Внешняя часть ядра имеет радиус около 2200 км, а по составу оно более жидкое. Внутренняя часть меньше по размеру, ее радиус 1300 км и она более плотная.
Наша планета имеет магнитное поле, на создание которого непосредственное влияние оказывают внутренние структуры Земли.
Это говорит о том, что ядро должно быть электропроводником. Средняя плотность вещества, которое входит в состав ядра составляет 11 т/м3. Такая плотность может быть только у металла. Точный состав ядра не может выяснить ни один ученый, так как получить образцы из центра Земли просто нереально. А вся информация, которая есть в наличии, является лишь догадками и предположениями.
Анализируя все вышесказанное, можно сделать вывод, что внутреннее строение Земли очень сложное. С одной стороны все просто – кора, мантия, ядро. Но с другой – заглянуть вовнутрь мы не можем, чтобы быть 100% уверенными в том, что там происходит.
Доказано, что планета образовалась из скопления различных кусков метеоритов, астероидов, комет, пыли и грязи. Все эти частички формировали Землю без определенного порядка. А говорит это о том, что первоначально во всех сферах были куски одного и того же состава.
Для того, чтобы образовались географические оболочки, чтобы произошло выделение внутренних слоев Земного шара, должны были происходить гигантские процессы.
Анализирую динамику развития земной коры, мы в очередной раз убеждаемся, что эти процессы не угасают и сейчас. Миллиарды лет происходит движение литосферных плит, образование огромных впадин, излитие лавы, формирование гор. Потом это все разрушается и воздвигается заново.
Все это возможно только при наличии огромной энергии и вещества, которые не перестают выделяться с недр Земли. Выяснить причины всех этих процессов и разгадать их взаимоотношение между собой – это главная задача ученых, на разгадку которой уйдет еще не одно десятилетие.
Литосфера
Литосфера – наружная твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Литосфера включает осадочные, изверженные и метаморфические породы.
Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется по уменьшению вязкости среды, скорости сейсмических волн и повышению теплопроводности.
Литосфера охватывает земную кору и верхнюю часть мантии толщиной несколько десятков километров до астеносферы, в которой изменяется пластичность пород.
Основные способы определения границы между верхней границей литосферы и астеносферой – магнитотеллурический и сейсмологический.
Толщина литосферы под океанами составляет от 5 до 100 км (максимальное значение на периферии океанов, минимальное – под Срединно-океаническими хребтами), под материками – 25-200 км (максимум – под древними платформами, минимум – под сравнительно молодыми горными массивами, вулканическими дугами). Строение литосферы под океанами и континентами имеет существенные различия. Под материками в структуре земной коры литосферы различают осадочный, гранитный и базальтовый слои, толщина которых в целом достигает 80 км. Под океанами земная кора неоднократно подвергалась процессам частичного плавления в ходе формирования океанической коры. Поэтому она обеднена легкоплавкими редкими соединениями, лишена гранитного слоя, а толщина ее значительно меньше, чем континентальной части земной коры. Толщина астеносферы (слоя размягченных, тестообразных горных пород) составляет около 100-150 км.
Образование атмосферы, гидросферы и земной коры
Образование произошло в ходе высвобождения веществ из верхнего слоя мантии молодой Земли. В настоящее время на океаническом дне в срединных хребтах продолжается процесс образования земной коры, что сопровождается выделением газов и небольших объемов воды.
В составе современной земной коры в большой концентрации присутствует кислород, далее по процентному содержанию следуют кремний и алюминий. В основном, литосферу формируют такие соединения, как диоксид кремния, силикаты, алюмосиликаты. В формировании большей части литосферы принимали участие кристаллические вещества магматического происхождения.
Они образовались при остывании вышедшей на поверхность Земли магмы, которая в недрах планеты находится в расплавленном состоянии.
В холодных областях мощности литосферы наибольшие, а в теплых – наименьшие. Мощность литосферы может повышаться при общем понижении плотности теплового потока. Верхний слой литосферы упругий, а нижний пластичный по характеру реакции на постоянно воздействующие нагрузки.
В тектонически активных участках литосферы выделяют горизонты сниженной вязкости, где сейсмические волны проходят с более низкой скоростью. По мнению ученых, по данным горизонтам одни слои по отношению к другим «проскальзывают». Этот феномен называют расслоением литосферы.
В структуре литосферы различают подвижные участки (складчатые пояса) и сравнительно стабильные области (платформы). По относительно пластичной астеносфере передвигаются блоки литосферы (литосферные плиты), достигающие в поперечнике размеров от 1 до 10 тысяч километров.
В настоящее время литосфера делится на семь главных и ряд малых плит. Границами, отделяющими плиты друг от друга, являются зоны максимальной вулканической и сейсмической активности.
Мантия Земли
Приветствую всех читателей! Кто пришел узнать о мантии Земли? Если это Вы, значит этот пост именно для Вас.
Мантия – оболочка «твердой земли», расположенная между ядром и земной корой. Мантия Земли делится на нижнюю (мощностью около 1900 км) и верхнюю (мощностью около 900 км) мантию. Она состоит из плотных зеленовато-чёрных и железо-магниевых силикатов.
В условиях давления и поверхностных температур эти породы приблизительно вдвое твердее гранита, а на больших глубинах – медленно текут и стают пластичными.
Снизу мантия постепенно нагревается, благодаря распадам радиоактивных элементов (особенно изотопов урана и калия).
Иногда блоки земной коры погружаются в мантийное вещество, там они плавятся, а потом выносятся на поверхность вместе с лавой во время извержения вулканов.
Хорватский геофизик А. Морохоровичич в 1909 году установил, что скорость распространения продольных волн на глубине около 5 – 10 км под океаническим дном и 35 км под материками резко увеличивается.
Этот рубеж называется поверхностью Мороховичича и отвечает границе между мантией и земной корой.
Положение нижней границы верхней мантии менее значительно. Продольные волны проникают в мантию, распространяются с ускорением, пока не достигнут астеносферы, где их движение замедляется.
В нижней мантии скорость движения этих волн снова увеличивается. Нижняя мантия жестче, чем астеносфера, но более упругая, чем верхняя мантия.
Астеносфера – шар пониженной вязкости, мощности и твердости в верхней мантии Земли, который подстилает литосферу.
Нижняя граница на глубине 250 – 350 км, а верхняя – на глубине около 100 км под материками и около 50 км под дном океана.
Астеносфера играет важную роль в происхождении эндогенных процессов, которые протекают в земной коре (магматизм и другие).
Магматизм – процесс выплавления магмы, её перемещения, дальнейшего развития, взаимодействия с твердыми горными породами и застывания.
Магматизм – проявление глубинной активности Земли, тесно связанной с её тектонической эволюцией, тепловой историей и развитием.
Выделяют магматизм платформенный, геосинклинальный, магматизм областей активации и океанический.
По глубине проявления – гипабиссальный, абиссальный, поверхностный (вулканизм).
По составу магмы – основной, щелочной, кислый, ультраосновный.
Вулканизм – совокупность явлений, обусловлен проникновением магмы из глубин Земли на её поверхность.
Вот теперь, вроде начинает прояснятся, что такое мантия Земли, астеносфера, магматизм, вулканизм, не так ли ?
Литосфера как элемент географической оболочки
Литосфера – это сложное образование преимущественно твердого вещества, обволакивающего мантию Земли, слоем от 50 до 200 км. Литосфера залегает на астеносфере – пластичном слое, находящемся в верхней мантии Земли. Астеносфера пластична, по ней перемещаются атмосферные плиты.
Верхнюю часть литосферы слоем от 30 до 60 км на континентах, и до 5 –10 км под океанами называют земной корой. Слой верхней мантии отделен от земной коры разделом Мохоровичича – раздел резкой смены плотности вещества.
Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Свойства земной коры изменяются резко на границе земной коры и мантии. Здесь и проведена линия Мохоровичича (Мохо). Плотность Земли от центра уменьшается – 11.0 центр ядра, в г/ см3, до 5.3 – 3.4 в мантии и 2.6 – поверхность земной коры. Средняя плотность земной коры 5.52 г/см3.
Земля представляет собой магнит – диполь. Её магнитные полюса расположены в северном и южном полушариях в небольшом удалении от географических полюсов.
Литосфера на материках трехслойная. Верхний ее слой образован осадочными породами, средний условно называется гранитным. Под океанами гранитный слой тонок или отсутствует. Он сложен «кислыми» (гранитными) легкими изверженными породами.
Его плотность 2.7 – 2.8 г/ см2. Нижний слой литосферы называют базальтовым. Он образован более тяжелыми породами, его плотность приближается к 3.0 г/ см2. В отличие от гранитного слоя, базальтовый распространяется и под материками и под океанами.
Различают типы земной коры: два основных – материковый и океанический – и один промежуточный – переходный.
В строение земной коры принимают участие три основных типа горных пород: магматические, осадочные, метаморфические.
Земная кора формировалась чрезвычайно длительное время. Наиболее древние участки ее имеют возраст около 4 млрд. лет. Наиболее древние элементы материковой земной коры – древние докембрийские платформы. У них различают фундамент. Это нижний слой.
Состоит из метаморфических пород, смятых в складки, разбитых на блоки. Прорваны магматическими интрузиями. На фундаменте лежит горизонтально залегающая толща сложных осадочных пород. Это верхний слой. Он образовался гораздо позже фундамента. Последние 0.5 млн.
лет древние платформы отличает стабильность, отсутствие складчатого движения.
Выделяют платформы в северном полушарии – Северо-Американскую, Русскую, Сибирскую, Китайскую; в южном полушарии – Южно-Американскую, Африканскую, Аравийскую, Индостанскую, Австралийскую, Антарктическую.
В геологической истории осадочные породы горообразовательные процессы неоднократно захватывали значительные участки земной коры. В течение 550 – 600 млн. лет имели место каледонская, герцинская, тихоокеанская (мезозойская) и альпийская складчатости. В их областях находятся древние и молодые горы.
Древними называют горы, которые характеризуются небольшими высотами и амплитудами рельефа, сглаженными формами.
Молодыми называют горы альпийского облика – высокие, сильно расчлененные, с резкими очертаниями.
Образование произошло в ходе высвобождения веществ из верхнего слоя мантии молодой Земли. В настоящее время на океаническом дне в срединных хребтах продолжается процесс образования земной коры, что сопровождается выделением газов и небольших объемов воды.
В составе современной земной коры в большой концентрации присутствует кислород, далее по процентному содержанию следуют кремний и алюминий. В основном, литосферу формируют такие соединения, как диоксид кремния, силикаты, алюмосиликаты. В формировании большей части литосферы принимали участие кристаллические вещества магматического происхождения.
Они образовались при остывании вышедшей на поверхность Земли магмы, которая в недрах планеты находится в расплавленном состоянии.
В холодных областях мощности литосферы наибольшие, а в теплых – наименьшие. Мощность литосферы может повышаться при общем понижении плотности теплового потока. Верхний слой литосферы упругий, а нижний пластичный по характеру реакции на постоянно воздействующие нагрузки.
В тектонически активных участках литосферы выделяют горизонты сниженной вязкости, где сейсмические волны проходят с более низкой скоростью. По мнению ученых, по данным горизонтам одни слои по отношению к другим «проскальзывают». Этот феномен называют расслоением литосферы.
В структуре литосферы различают подвижные участки (складчатые пояса) и сравнительно стабильные области (платформы). По относительно пластичной астеносфере передвигаются блоки литосферы (литосферные плиты), достигающие в поперечнике размеров от 1 до 10 тысяч километров.
В настоящее время литосфера делится на семь главных и ряд малых плит. Границами, отделяющими плиты друг от друга, являются зоны максимальной вулканической и сейсмической активности.
Наибольшие значения мощности литосферы наблюдаются в наименее прогретых и наименьшие — в наиболее прогретых областях. В ходе геологического времени мощность литосферы в среднем увеличивалась в связи со снижением теплового потока.
По реакции на длительно действующие нагрузки в литосфере выделяют верхний упругий (мощностью несколько десятков км) и нижний пластичный слой. Кроме того, на разных уровнях в тектонически активных областях литосферы прослеживаются горизонты относительно пониженной вязкости (пониженной скорости сейсмических волн).
По мнению некоторых исследователей, по этим горизонтам происходит “проскальзывание” одних слоёв относительно других. Это явление называется расслоённостью литосферы. Наиболее крупные структурные единицы литосферы — литосферные плиты, размеры которых в поперечнике составляют 1-10 тысяч км.
В современную эпоху литосфера разделена на 7 главных и несколько более мелких плит. Границы плит являются зонами максимальной тектонической, сейсмической и вулканической активности.
Согласно теории тектоники плит, литосферные плиты движутся по астеносфере (в первом приближении как жёсткое целое) на расстояния до нескольких тысяч километров со скоростью до первых десятков см/год.
Наряду с горизонтальными важную роль играют вертикальные движения литосферы (скорость до нескольких десятков см/год) по системе субвертикальных глубинных разломов, разбивающих литосферные плиты на блоки размером от нескольких десятков до нескольких сотен километров. Блоки литосферы находятся в состоянии, близком к изостатическому равновесию (см. Изостазия). Движения литосферных плит и блоков и их возможные причины изучаются геодинамикой и составляют также предмет исследования по международному проекту “Литосфера”, разрабатываемому в 1980-90-е года.
2.2.1. Верхняя мантия
Верхняя мантия располагается между границей и сейсмической границей на глубине 670 км. Здесь сосредоточены практически все глубокофокусных землетрясений (в связи с этим основание тектоносферы иногда проводят по глубинной границе 670 км). Сейсмическим рубежом 410 км верхняя мантия разделяется на два слоя (оболочки, зоны).
Мантийный уровень 33-410 км (собственно верхняя мантия, слой “В”)
Особенности прохождения сейсмических волн и некоторые другие геофизические данные, прежде всего материалы магнитотеллурического зондирования, свидетельствуют о значительной неоднородности этого мантийного уровня, в пределах которого возможно выделение трёх отдельных частей.
Верхняя из них (подкоровая часть мантии) характеризуется относительным постоянством скоростей упругих колебаний (по А. Дзевонскому и Д. Андерсону [], км/с):
- продольные волны (Vp) – 8,08-8,1;
- поперечные (Vs) – 4,48-4,67.
Cредняя часть слоя “B” отличается пониженными скоростями:
Vp – 7,9-8,06; Vs – 4,42-4,47.
Нижняя же часть выделяется по их довольно резкому нарастанию:
Vp – 8,5-8,9; Vs – 4,64-4,77.
Средняя часть верхней мантии наряду с пониженными значениями скоростей сейсмических волн обладает и повышенной электропроводностью, что устанавливается магнитотеллурическим зондированием.
Это свидетельствует об особом состоянии вещества на этом уровне.
Указанные три части (зоны) верхней мантии имеют собственные названия – литосферная (или надастеносферная) мантия, астеносфера, мезосфера (Рис. 2.32).
Рис. 2.32. Строение верхней мантии до глубинного уровня 410 км
Подстилает земную кору, от которой отделяется границей . Совместно с корой образует литосферу.
Литосферная мантия сложена, в основном, , которые по своим свойствам – плотности, скоростям прохождения упругих колебаний, электро- и теплопроводности – полностью соответствуют геофизическим параметрам этой части мантии.
Данные перидотиты представляют собой остатки от , после удаления из него базальтовой составляющей, за счёт которой произошло формирование базальтового слоя земной коры. Кроме перидотитов в литосферной мантии возможно присутствие в виде отдельных линз и блоков.
Наличие эклогитов предполагается лишь под континентами, т.к. чаще всего они встречаются в виде в составе континентальных магматических проявлений – трубках и базальтовых покровах, кроме этого эклогиты представляют собой продукты высокобарического метаморфизма магматитов основного состава, который возможен на глубинах не менее 40 км.
Таким образом, литосферная мантия сложена перидотитами и, в меньшей степени, эклогитами, а преобладающими минеральными видами здесь являются оливины, пироксены и гранаты (Рис. 2.33).
Рис. 2.33. Петрографический и минеральный составы литосферной мантии
Астеносфера
Астеносфера буквально означает “слабая оболочка”. Она была предсказана Дж. Баррелом в 1916 г., а открыта в 1960-х годах []. Снижение скоростей сейсмических волн и повышенная электропроводность в астеносфере свидетельствуют о том, что вещество в этой оболочке находится в частично расплавленном состоянии. Доля расплава предположительно составляет 1-5%.
Причиной плавления вещества является термобарических условий. В астеносфере происходит частичное плавление , при этом расплав имеет состав.
По расчётным данным даже небольшое увеличение температуры или снижение давления приводит к значительному увеличению степени плавления и, соответственно, возрастанию доли расплава, а это, в свою очередь, ведёт к понижению (прочности) вещества.
В связи с этим, астеносфера играет одну из ключевых ролей в тектонических процессах. Она является одним из главных (базовых) источников магматической деятельности на Земле, ей принадлежит ведущая роль в горизонтальных и вертикальных движениях .
Формирующиеся в астеносфере базальтовые расплавы в основном “идут” на формирование новой океанской коры в срединно-океанских хребтах. В настоящее время, как ранее указывалось, ежегодный объём новообразованной океанской коры составляет около 12 км3 [].
Пониженная вязкость астеносферного вещества определяет его текучесть (способность пластически деформироваться), что является важнейшим необходимым условием для проявления тектонических движений.
Положение астеносферы в разрезе верхней мантии нестационарно, оно может испытывать значительные колебания, что во многом определяется вариациями глубинного теплового потока. Обычно считается, что кровлей астеносферы является изотерма 1200-1300° С, т.к. при температуре 1200° С начинается частичное плавление с образованием расплава базальтового состава.
В отдельных случаях астеносфера на геофизических разрезах отчётливо не проявляется, в первую очередь это касается областей древних , поэтому многие исследователи говорят о неповсеместном, локально-линзовидном характере её распространения [].
В тоже время многие (Канадский, Балтийский) испытывают активные поднятия, что очень трудно объяснить в случае отсутствия под щитами слабого астеносферного слоя [].
В общем, кровля современной астеносферы расположена на глубинах (км): в пределах океанов – от 3-10 под срединно-океанскими хребтами до 80-100 на периферии океанов (т.е. мощность океанской составляет 3-10 – 80-100 км, Рис. 2.34);
Рис. 2.34. Карта мощности (км) океанской литосферы
в пределах континентов – от 60-80 под молодыми горно-складчатыми сооружениями (Кавказ, Альпы) до 200-250 под щитами древних платформ.
Положение подошвы астеносферы устанавливается с гораздо меньшей определённостью, в пределе она может достигать глубинного уровня 410 км.
В целом, под океанами астеносфера более мощная и менее вязкая, под континентами нижняя её граница обычно не опускается ниже 300 км (Рис. 2.35).
Рис. 2.35. Положение астеносферы под континентами
Вариации глубинного положения кровли астеносферы во многом определяют изменения тепловых потоков, фиксируемых на земной поверхности (Рис. 2.36), и .
Рис. 2.36. Карта современных тепловых потоков
Астеносфера выравнивает давление разновысотных блоков литосферы, благодаря чему проявляется или равновесное состояние литосферного вещества. Ещё в XIX в.
было выявлено, что неровности поверхностного рельефа чем-то таким образом, что на поверхности не отмечается существенных отклонений от средних значений силы тяжести, т.е. не проявляются крупные положительные гравитационные аномалии.
В это же время английскими учёными и Дж. Праттом были предложены две модели изостазии земной коры (Рис. 2.37).
Рис. 2.37. Модели изостазии Дж. Эри и Дж. Пратта
В этих моделях на определенной глубине, называемой глубиной (уровнем) компенсации, , давление вышележащих масс везде одинаково. В модели Пратта уровень компенсации проходит по подошве коры, которая горизонтальна.
В модели Эри подошва коры имеет ступенчатый характер, а уровнем компенсации является горизонтальная поверхность, проходящая через подошву наиболее погруженного блока коры. В реальной Земле подошва коры не горизонтальная, а плотность её блоков различная.
Поэтому уравновешанность коры относительно мантии достигается комбинацией обоих механизмов – горы обладают максимальной мощностью коры главным образом за счёт так называемых корней (модель ), а океанская кора тоньше и плотнее континентальной (модель Пратта, Рис. 2.11).
Рис. 2.11. Характер изменения мощности континентальной корыВ настоящее время считают, что уровень изостатической компенсации расположен в астеносфере, в таком случае изостазия может обеспечиваться вариациями мощности и плотности не только блоков коры, но и блоков литосферной мантии.
Явление изостазии предполагает и проявление соответствующих вертикальных движений литосферы при приложении или снятии поверхностной нагрузки. Ярким примером является погружение литосферы при формировании мощных ледников или при интенсивном осадконакоплении, и её воздымание при сходе ледников и некоторых других процессах (Рис. 2.38).
Рис. 2.38. Проявления вертикальных изостатических движений литосферы
Современные модели предполагают, что литосфера реагирует на приложенную или снятую нагрузку изгибом, амплитуда и скорость которого зависят не только от величины нагрузки, но и от изгибной жёсткости литосферы, это так называемая региональная изостатическая компенсация (Рис. 2.39) [, , ].
Рис. 2.39. Схема региональной изостатической компенсации
Мезосфера
Это оболочка (зона, слой) варьирующей мощности, расположенная между подошвой астеносферы и сейсмическим рубежом 410 км []. Мезосфера отличается ростом скоростей сейсмических волн, она сложена пиролитом, находящимся в твёрдом состоянии.
Температура в основании мезосферы (всего слоя “В“) составляет 1450-1600° C, давление – 125-150 кбар (1 бар равен 0,987 атм.), плотность вещества – 3,5-3,6 г/см3 [, , , , , ].
Мантийный уровень 410-670 км (слой “С”, слой Голицына, средняя мантия, переходная зона, переходный слой)
Яркой особенностью этого уровня является значительный градиент сейсмических скоростей. Нарастание скоростей продольных волн происходит в интервале (км/с) – 9,1-10,27; а поперечных – 4,93-5,57; это соответствует увеличению плотности мантийного вещества с 3,72 до 3,99 г/см3 [].
Скачок сейсмических скоростей на 3-5 % на глубинном уровне 410 км обычно связывают с переходом α-оливина (Fe, Mg)2SiO4 в более плотную модификацию β-оливин (вадслеит).
Общее уплотнение мантийного вещества в слое “С” происходит и за счёт перехода пироксенов в гранат, а на [] β-оливин (вадслеит) переходит в γ-оливин (рингвудит) со структурой шпинели []. Таким образом, мантийный уровень 410-670 км в основном представлен фазами со структурными типами граната и шпинели (Рис. 2.40).
Его дополнительной особенностью является обогащённость водой, что должно способствовать высокой подвижности слоя “С“. Содержание воды составляет ~0,1 %, она связана с Mg-силикатами [, ]. Среднее же содержание воды во всей мантии оценивается в 0,05 % [].
Рис. 2.40. Минералогия мантии
Выполнил ученик 8 а Шмырин Роман. Литосфера твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических. – презентация
1 Выполнил ученик 8 а Шмырин Роман
2 Литосфера твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы. Блоки литосферы литосферные плиты двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит. Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами, в основном состоит из дунитов и гарцбургитов, её толщина составляет 510 км, а гранитный слой полностью отсутствует.
3 Сейчас считают, что «твердая» Земля (литосфера) состоит из трех концентрических оболочек, которые называются: земная кора, мантия и ядро. Земная кора и верхняя мантия это твердые тела, внешняя часть ядра это жидкая среда, а внутренняя – это твердое тело. Сейсмологи относят к литосфере верхнюю часть мантии и земную кору. Основа литосферы размещена на глубине от 100 до 160 км на стыке с астеносферой (зоной пониженной прочности, твердости и вязкости в пределах верхней мантии, которая состоит, вероятно, из расплавленных пород).
4 Причиной загрязнения литосферы может быть сброс сточных вод, нефтепродуктов, выброс аэрозолей, пыли, загрязнение почвы пестицидами и т.д. Но главными видами загрязнения литосферы являются твердые бытовые и промышленные отходы. В состав твердых бытовых отходов входят пищевые отходы, бумага, картон, стекло, текстиль, металлы, полимеры и т.д.В состав твердых промышленных отходов входят металлы (черные и цветные), мусор, древесина, пластмассы, шлак, окалина, зола и т.д.На одного жителя в городе приходится примерно по 1 тонне твердых отходов в год, причем эта цифра ежегодно увеличивается.
5 Чтобы сохранить литосферу нужно сажать полезащитные лесные полосы, производить террасирование крутых склонов, осуществлять рекультивацию земель, уменьшать материалоемкость производства, перерабатывать отходы.
6 Для защиты литосферы, я бы посадил много деревьев, восстановил бы почвы и леса.
7
Строение мантии Земли и ее состав
Под земной корой расположен следующий слой, именуемый мантией. Он окружает ядро планеты и имеет толщину почти три тысячи километров. Строение мантии Земли очень сложное, поэтому требует детального изучения.
Мантия и ее особенности
Название данной оболочки (геосферы) происходит от греческого слова, обозначающего плащ или покрывало. В действительности, мантия, словно покрывало окутывает ядро. На нее приходится около 2/3 массы Земли и примерно 83% ее объема.
Принято считать, что температура оболочки не превышает 2500 градусов по Цельсию. Ее плотность в разных слоях существенно отличается: в верхней части она составляет до 3.5 т/куб.м, а в нижних – 6 т/куб.м. Состоит мантия из твердых кристаллических веществ (тяжелых минералов, богатых железом и магнием). Исключением является только астеносфера, которая находится полурасплавленном состоянии.
Структура оболочки
Теперь рассмотрим строение мантии земли. Геосфера состоит из следующих частей:
- верхняя мантия, толщиной 800-900 км;
- астеносфера;
- нижняя мантия, толщиной около 2000 км.
Верхняя мантия – это часть оболочки, которая расположена ниже земной коры и входит в литосферу.
В свою очередь она делится на астеносферу и слой Голицина, который характеризуется интенсивным увеличением скоростей сейсмических волн.
Эта часть мантии Земли влияет на такие процессы, как тектонические движения плит, метаморфизм и магматизм. Стоит отметить, что строение ее отличается в зависимости от того, под каким тектоническим объектом она располагается.
Астеносфера. Само название серединного слоя оболочки с греческого языка переводится, как «слабый шар». Геосфера, которую относят к верхней части мантии, а иногда выделяют в отдельный слой, характеризируется пониженной твердостью, прочностью и вязкостью.
Верхняя граница астеносферы всегда находится ниже крайней линии земной коры: под континентами – на глубине 100 км, под морским дном – 50 км. Нижняя черта ее расположена на глубине 250-300 км.
Астеносфера является главным источником магмы на планете, а движение аморфного и пластичного вещества считается причиной тектонических движений в горизонтальной и вертикальной плоскостях, магматизма и метаморфизма земной коры.
О нижней части мантии ученые знают немного. Считается, что на границе с ядром расположен особенный слой Д, напоминающий астеносферу. Он отличается высокой температурой (из-за близости раскаленного ядра) и неоднородностью вещества. В состав же массы входит железо и никель.
Состав мантии Земли
Кроме строения мантии Земли интересен и ее состав. Геосферу создают оливин и ультраосновные породы (перидотиты, перовскиты, дуниты), но присутствуют и основные породы (эклогиты). Установлено, что в оболочке содержатся редкие разновидности, которые не встречаются в земной коре (гроспидиты, флогопитовые перидотиты, карбонатиты).
Если говорить о химическом составе, то в мантии в разной концентрации содержатся: кислород, магний, кремний, железо, алюминий, кальций, натрий и калий, а также их оксиды.